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Zufallsgröße (ohne Wahrscheinlichkeit)

Beispiel:

In einer Urne sind fünf Kugeln, die mit der Zahl 2 beschriftet sind, vier Kugeln, die mit der Zahl 4 beschriftet sind und vier Kugeln, die mit der Zahl 8 beschriftet sind. Es werden zwei Kugeln mit Zurücklegen gezogen.Die Zufallsgröße X beschreibt die Differenz zwischen der größeren Zahl und der kleineren (oder gleich großen) Zahl der beiden gezogenen Kugeln. Gib alle Werte an, die die Zufallsgröße X annehmen kann.

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Für die Zufallsgröße X: 'Differenz der beiden Kugeln' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße X0246
zugehörige
Ereignisse
2 - 2
4 - 4
8 - 8
2 - 4
4 - 2
4 - 8
8 - 4
2 - 8
8 - 2

Zufallsgröße WS-Verteilung

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das SchaubBild nicht sehen :(

(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Zwei gleiche Glücksräder wie rechts in der Abbildung werden gleichzeitig gedreht. Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen die bei den beiden Glücksräder erscheinen. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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Für die Zufallsgröße X: 'Produkt der beiden Glücksräder' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße XX = 1X = 2X = 3X = 4X = 6X = 9
zugehörige
Ergebnisse
1 → 11 → 2
2 → 1
1 → 3
3 → 1
2 → 22 → 3
3 → 2
3 → 3
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Jetzt müssen die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ereignisse erst mal (mit Hilfe eines Baums) berechnet werden.


Und somit können wir dann auch die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen Werte der Zufallsgröße berechnen.

Zufallsgröße XX = 1X = 2X = 3X = 4X = 6X = 9
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
3 8 3 8 3 8 3 8
+ 3 8 3 8
3 8 1 4
+ 1 4 3 8
3 8 3 8 3 8 1 4
+ 1 4 3 8
1 4 1 4
  = 9 64 9 64 + 9 64 3 32 + 3 32 9 64 3 32 + 3 32 1 16



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X123469
P(X=k) 9 64 9 32 3 16 9 64 3 16 1 16

Zufallsgr. WS-Vert. (auch ohne zur.)

Beispiel:

In einer Urne sind sechs Kugeln, die mit der Zahl 1 beschriftet sind und vier Kugeln, die mit der Zahl 6 beschriftet sind. Es werden zwei Kugeln ohne Zurücklegen gezogen.Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen der beiden gezogenen Kugeln. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.

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Für die Zufallsgröße X: 'Produkt der beiden Kugeln' sind folgende Werte möglich:

Zufallsgröße XX = 1X = 6X = 36
zugehörige
Ergebnisse
1 → 11 → 6
6 → 1
6 → 6
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Jetzt müssen die Wahrscheinlichkeiten der einzelnen Ereignisse erst mal (mit Hilfe eines Baums) berechnet werden.


Und somit können wir dann auch die Wahrscheinlichkeiten für die einzelnen Werte der Zufallsgröße berechnen.

Zufallsgröße XX = 1X = 6X = 36
zugehörige
Wahrscheinlichkeit P(X)
3 5 5 9 3 5 4 9
+ 2 5 6 9
2 5 3 9
  = 1 3 4 15 + 4 15 2 15



Hiermit ergibt sich die gesuchte Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X:

Zufallsgröße X1636
P(X=k) 1 3 8 15 2 15

Zufallsgr. WS-Vert. (ziehen bis erstmals ...)

Beispiel:

Aus einem Kartenstapel mit 9 Karten der Farbe Herz und 2 weiteren Karten soll solange eine Karte gezogen werden, bis eine Herz-Karte erscheint. Die Zufallsgröße X beschreibt dabei die Anzahl der Ziehungen, bis die erste Herz-Karte gezogen worden ist. Stelle eine Wahrscheinlichkeitsverteilung für die Zufallsgröße X auf.
(Denk daran, die Brüche vollständig zu kürzen!)

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Da ja nur 2 Karten vom Typ 'kein Herz' vorhanden sind, muss spätestens im 3-ten Versuch (wenn dann alle Karten vom Typ 'kein Herz' bereits gezogen und damit weg sind) eine Karte vom Typ 'Herz' gezogen werden.

Das heißt die Zufallsgröße X kann nur Werte zwischen 1 und 3 annehmen.

Aus dem reduzierten Baumdiagramm rechts kann man nun die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Zufallsgröße X übernehmen:

Zufallsgröße X123
P(X=k) 9 11 9 55 1 55

Zufallsgröße rückwärts

Beispiel:

In einer Urne sind 15 Kugeln, die mit verschiedenen Zahlen beschriftet sind. Dabei gibt es nur die Zahlen 1, 6 und 9 als Beschriftung. Es werden zwei Kugeln mit Zurücklegen gezogen. Die Zufallsgröße X beschreibt das Produkt der Zahlen der beiden gezogenen Kugeln. Bei der Wahrscheinlichkeitsverteilung von X sind nur der erste und der letzte Wert bekannt (siehe Tabelle). Wie viele Kugeln mit den oben genannten Zahlen als Beschriftung müssen jeweils in der Urne sein?

Zufallsgröße X169365481
P(X=k) 9 25 ???? 16 225

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Für X=1 gibt es nur das Ereignis: '1'-'1', also dass zwei mal hintereinander '1' kommt.

Wenn p1 die Wahrscheinlichkeit von '1' ist, dann muss also für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei mal hintereinander '1' kommt, gelten: P(X=1) = p1 ⋅ p1 (siehe Baumdiagramm).

Aus der Tabelle können wir aber P(X=1) = 9 25 heraus lesen, also muss gelten:

p1 ⋅ p1 = (p1)2 = 9 25 und somit p1 = 3 5 .

Ebenso gibt es für X=81 nur das Ereignis: '9'-'9', also dass zwei mal hintereinander '9' kommt.

Wenn p3 die Wahrscheinlichkeit von '9' ist, dann muss also für die Wahrscheinlichkeit, dass zwei mal hintereinander '9' kommt, gelten: P(X=81) = p3 ⋅ p3 (siehe Baumdiagramm).

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Aus der Tabelle können wir aber P(X=81) = 16 225 heraus lesen, also muss gelten:

p3 ⋅ p3 = (p3)2 = 16 225 und somit p3 = 4 15 .

Da es aber nur drei Optionen gibt, muss p1 + p2 + p3 = 1 gelten, also

p2 = 1 - p1 - p3 = 1 - 3 5 - 4 15 = 15 15 - 9 15 - 4 15 = 2 15

Um nun noch die jeweilige Anzahl der Kugeln mit gleicher Zahl zu ermittlen, müssen wir einfach die Wahrscheinlichkeit mit 15 multiplizieren, weil ja für die Wahrscheinlichkeit für eine der n Kugeln mit einer bestimmten Zahl gilt: p = n 15

Somit erhalten wir:

n1 = 3 5 ⋅ 15 = 9

n6 = 2 15 ⋅ 15 = 2

n9 = 4 15 ⋅ 15 = 4

Erwartungswerte

Beispiel:

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(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Wie viele Punkte kann man bei dem abgebildeten Glücksrad erwarten?

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Die Zufallsgröße X beschreibt die Punktezahl auf einem Sektor des Glücksrads.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 1 10 20 100
Zufallsgröße xi 1 10 20 100
P(X=xi) 4 8 2 8 1 8 1 8
xi ⋅ P(X=xi) 1 2 5 2 5 2 25 2

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1⋅ 4 8 + 10⋅ 2 8 + 20⋅ 1 8 + 100⋅ 1 8

= 1 2 + 5 2 + 5 2 + 25 2
= 36 2
= 18

Faires Spiel - fehlende Auszahlung best.

Beispiel:

Ein Spieler darf aus einer Urne mit 10 blauen, 6 roten, 10 grünen und 4 weißen Kugeln eine Kugel ziehen. Erwischt er eine blaue, so erhält er 6€. Bei rot erhält er 15€ und bei grün erhält er 18€. Welchen Betrag muss er bei weiß erhalten damit das Spiel fair ist, wenn der Einsatz 15€ beträgt ?

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Die Zufallsgröße X beschreibt die Auszahlung.

Die Zufallsgröße Y beschreibt den Gewinn, also Auszahlung - Einsatz.

Erwartungswerte der Zufallsgrößen X und Y

Ereignis blau rot grün weiß
Zufallsgröße xi 6 15 18 x
Zufallsgröße yi (Gewinn) -9 0 3 x-15
P(X=xi) 10 30 6 30 10 30 4 30
xi ⋅ P(X=xi) 2 3 6 4 30 ⋅ x
yi ⋅ P(Y=yi) -3 0 1 4 30 ⋅(x-15)

Um den gesuchten Auszahlungsbetrag zu berrechnen hat man zwei Möglichkeiten:

Entweder stellt man eine Gleichung auf, so dass der Erwartungswert des Auszahlungsbetrags gleich des Einsatzes ist ...

E(X) = 15

10 30 · 6 + 6 30 · 15 + 10 30 · 18 + 4 30 x = 15

2 +3 +6 + 4 30 x = 15

2 +3 +6 + 2 15 x = 15
2 15 x +11 = 15 |⋅ 15
15( 2 15 x +11 ) = 225
2x +165 = 225 | -165
2x = 60 |:2
x = 30

... oder man stellt eine Gleichung auf, so dass der Erwartungswert des Gewinns gleich null ist:

E(Y) = 0

10 30 · ( -9 ) + 6 30 · 0 + 10 30 · 3 + 4 30 ( x -15 ) = 0

-3 +1 + 2 15 · x + 2 15 · ( -15 ) = 0

-3 +1 + 2 15 · x + 2 15 · ( -15 ) = 0
-3 +1 + 2 15 x -2 = 0
2 15 x -4 = 0 |⋅ 15
15( 2 15 x -4 ) = 0
2x -60 = 0 | +60
2x = 60 |:2
x = 30

In beiden Fällen ist also der gesuchte Betrag: 30

Erwartungswert ganz offen

Beispiel:

Eine Klasse möchte beim Schulfest ein Glücksrad mit Spielgeld anbieten. Dabei soll das Glücksrad in Sektoren aufgeteilt werden, in denen der Auszahlungsbetrag (z.B. 3€) drin steht. Nach langer Diskussion einigt man sich auf folgende Punkte:

  • Das Spiel mit dem Glücksrad muss fair sein
  • Der Einsatz soll 5€ betragen
  • Der minimale Auszahlungsbetrag soll 2€ sein
  • Der maximale Auszahlungsbetrag soll soll 14€ sein
  • Es sollen genau 4 Sektoren mit verschiedenen Auszahlungsbeträgen auf dem Glücksrad sein
Finde eine Möglichkeit für solch ein Glücksrad und trage diese in die Tabelle ein.

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Eine (von vielen möglichen) Lösungen:

Als erstes schreiben wir mal die Vorgaben in die Tabelle rein.

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 2 14
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 9
P(X) = P(Y)
Y ⋅ P(Y)

Jetzt setzen wir die Wahrscheinlichkeiten so, dass der negative Beitrag vom minimalen Betrag zum Erwartungswert den gleichen Betrag hat wie der positve vom maximalen Betrag.(dazu einfach jeweils den Gewinn in den Nenner der Wahrscheinlichkeit)

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 2 14
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 9
P(X) = P(Y) 1 3 1 9
Y ⋅ P(Y) -1 1

Die bisherigen Optionen vereinen eine Wahrscheinlichkeit von 1 3 + 1 9 = 4 9
Als Restwahrscheinlichkeit für die verbleibenden Beträge bleibt nun also 1- 4 9 = 5 9 .
Diese wird auf die beiden verbleibenden Optionen verteilt:

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 2 14
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 9
P(X) = P(Y) 1 3 5 18 5 18 1 9
Y ⋅ P(Y) -1 1

Damit nun der Erwartungswert =0 wird, müssen sich die beiden noch verbleibenden Anteile daran gegenseitig aufheben. Dies erreicht man, in dem man den Gewinn jeweils gleich 'weit vom Einsatz weg' (nämlich 3 2 ) setzt.

  Feld1 Feld2 Feld3 Feld4
X (z.B. Auszahlung) 2 3.5 6.5 14
Y Gewinn (Ausz. - Einsatz) -3 -1.5 1.5 9
P(X) = P(Y) 1 3 5 18 5 18 1 9
Winkel 120° 100° 100° 40°
Y ⋅ P(Y) -1 - 5 12 5 12 1

Wenn man nun den Erwartungswert berechnet, kommt der gesuchte heraus:

E(Y)= -3⋅ 1 3 + -1.5⋅ 5 18 + 1.5⋅ 5 18 + 9⋅ 1 9

= -1 - 5 12 + 5 12 + 1
= - 12 12 - 5 12 + 5 12 + 12 12
= 0 12
= 0

Erwartungswerte bei 'Ziehen bis erstmals ...'

Beispiel:

Eine Lehrerin sammelt die Hausaufgaben von einigen Schülern ein, um zu kontrollieren, ob diese auch ordentlich gemacht wurden. Aus Zeitgründen möchte sie aber nicht alle, sondern nur ein paar wenige einsammeln, welche durch ein Losverfahren ausgewählt werden. Aus (der unbegründeten) Angst ungerecht behandelt zu werden, bestehen die 3 Jungs darauf, dass unbedingt immer eine Hausaufgabe eines der 21 Mädchen der Klasse eingesammelt wird. Deswegen wird solange gelost, bis das erste Mädchen gezogen wird. Mit wie vielen Hausaufgabenüberprüfungen muss die Lehrerin im Durchschnitt rechnen?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 1-ten Versuch st: 7 8

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 2-ten Versuch st: 21 184

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 3-ten Versuch st: 21 2024

Die Wahrscheinlichkeit für ein 'Mädchen' im 4-ten Versuch st: 1 2024

Die Zufallsgröße X beschreibt Anzahl der eingesammelten Hausaufgaben bis das erste Mädchen gezogen wird.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 1 2 3 4
Zufallsgröße xi 1 2 3 4
P(X=xi) 7 8 21 184 21 2024 1 2024
xi ⋅ P(X=xi) 7 8 21 92 63 2024 1 506

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1⋅ 7 8 + 2⋅ 21 184 + 3⋅ 21 2024 + 4⋅ 1 2024

= 7 8 + 21 92 + 63 2024 + 1 506
= 1771 2024 + 462 2024 + 63 2024 + 4 2024
= 2300 2024
= 25 22

1.14

Erwartungswerte mit gesuchten Anzahlen im WS-Baum

Beispiel:

Auf einen Schüleraustausch bewerben sich 15 Mädchen und 6 Jungs. Weil aber leider weniger Plätze zur Verfügung stehen, muss gelost werden. Bestimme den Erwartungswert (als Bruch oder Dezimalzahl) für die Anzahl an Mädchen bei den ersten 3 verlosten Plätzen.
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
Mädchen -> Mädchen -> Mädchen 13 38
Mädchen -> Mädchen -> Jungs 3 19
Mädchen -> Jungs -> Mädchen 3 19
Mädchen -> Jungs -> Jungs 15 266
Jungs -> Mädchen -> Mädchen 3 19
Jungs -> Mädchen -> Jungs 15 266
Jungs -> Jungs -> Mädchen 15 266
Jungs -> Jungs -> Jungs 2 133

Die Wahrscheinlichkeit für 0 mal 'Mädchen' ist: 2 133

Die Wahrscheinlichkeit für 1 mal 'Mädchen' ist: 15 266 + 15 266 + 15 266 = 45 266

Die Wahrscheinlichkeit für 2 mal 'Mädchen' ist: 3 19 + 3 19 + 3 19 = 9 19

Die Wahrscheinlichkeit für 3 mal 'Mädchen' ist: 13 38

Die Zufallsgröße X beschreibt die Anzahl an Mädchen unter den drei verlosten Plätzen.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 0 1 2 3
Zufallsgröße xi 0 1 2 3
P(X=xi) 2 133 45 266 9 19 13 38
xi ⋅ P(X=xi) 0 45 266 18 19 39 38

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 0⋅ 2 133 + 1⋅ 45 266 + 2⋅ 9 19 + 3⋅ 13 38

= 0+ 45 266 + 18 19 + 39 38
= 0 266 + 45 266 + 252 266 + 273 266
= 570 266
= 15 7

2.14

Erwartungswerte mit best. Optionen im WS-Baum

Beispiel:

Du hast entweder einen veralteten Browser oder Javascript ausgeschaltet. Deswegen kannst du leider das SchaubBild nicht sehen :(

(Alle Sektoren sind Vielfache
von Achtels-Kreisen)

Zwei Glücksräder wie rechts in der Abbildung werden gleichzeitig gedreht. Erscheinen zwei Kronen, so erhält man 20€. Bei einer Krone erhält man immer hin noch 6€. Erscheinen zwei gleiche Dinge (außer Kronen), so erhält man 1€. In allen anderen Fällen geht man leer aus. Mit wie viel Euro kann man bei einem Spiel durchschnittlich rechnen?
(Denk daran, den Bruch vollständig zu kürzen!)

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Wahrscheinlichkeiten für die verschiedenen Ausgänge

EreignisP
Blume -> Blume 9 64
Blume -> Raute 3 32
Blume -> Stein 3 32
Blume -> Krone 3 64
Raute -> Blume 3 32
Raute -> Raute 1 16
Raute -> Stein 1 16
Raute -> Krone 1 32
Stein -> Blume 3 32
Stein -> Raute 1 16
Stein -> Stein 1 16
Stein -> Krone 1 32
Krone -> Blume 3 64
Krone -> Raute 1 32
Krone -> Stein 1 32
Krone -> Krone 1 64

Die Wahrscheinlichkeit für '2 gleiche' ist:

P('Blume'-'Blume') + P('Raute'-'Raute') + P('Stein'-'Stein')
= 9 64 + 1 16 + 1 16 = 17 64

Die Wahrscheinlichkeit für '1 Krone' ist:

P('Blume'-'Krone') + P('Raute'-'Krone') + P('Stein'-'Krone') + P('Krone'-'Blume') + P('Krone'-'Raute') + P('Krone'-'Stein')
= 3 64 + 1 32 + 1 32 + 3 64 + 1 32 + 1 32 = 7 32

Die Wahrscheinlichkeit für '2 Kronen' ist:

P('Krone'-'Krone')
= 1 64

Die Zufallsgröße X beschreibt den ausbezahlten Gewinn bei einem Spiel.

Erwartungswert der Zufallsgröße X

Ereignis 2 gleiche 1 Krone 2 Kronen
Zufallsgröße xi 1 6 20
P(X=xi) 17 64 7 32 1 64
xi ⋅ P(X=xi) 17 64 21 16 5 16

Der Erwartungswert verechnet sich aus der Summe der einzelnen Produkte:

E(X)= 1⋅ 17 64 + 6⋅ 7 32 + 20⋅ 1 64

= 17 64 + 21 16 + 5 16
= 17 64 + 84 64 + 20 64
= 121 64

1.89